Diseño y fabricación de un prototipo de aeronave no tripulada con propulsión solar

Abstract

[ES] El principal objetivo de este proyecto es diseñar y fabricar un prototipo de vehículo aéreo no tripulado (UAV) cuya fuente principal de potencia se componga de celdas solares, y que sea capaz de llevar a bordo una carga útil del tipo instrumental. Además, se plantea hacer uso de todas las herramientas informáticas trabajadas a lo largo de las distintas asignaturas del grado.

El primer paso consiste en evaluar el estado del arte de las aeronaves solares y, apoyándose en las competiciones de planeadores F5J, trazar una primera idea conceptual de lo que será la aeronave a diseñar. También se describen las distintas tecnologías alternativas y se evalúa la viabilidad comercial del producto.

A partir de este diseño inicial, se realizan pequeñas modificaciones que mejoran las prestaciones de la aeronave, desde un punto de vista tanto aerodinámico como estructural. A continuación, se discuten los componentes electrónicos a incorporar y, tras diseñar la geometría del fuselaje a su alrededor, se obtiene la forma final del UAV.

Finalizada la etapa de diseño, se procede a simular (mediante software de mecánica de fluidos computacional) el comportamiento en vuelo de la aeronave, y se inicia el proceso de fabricación. Lamentablemente, y debido a las limitaciones de tiempo y presupuesto, no se logra completar la fabricación del prototipo, pues únicamente se crea una de las secciones alares. De esta forma, y pese a no poder plasmar el proceso completo de fabricación, se proporciona una descripción ajustada de los pasos que se deberían seguir si se deseara recrear el UAV.

Por último, se valoran las posibles aplicaciones reales del sistema y se extraen las distintas conclusiones obtenidas a lo largo del trabajo.

[EN] The main objective of this project is to design and manufacture a prototype of an unmanned aerial vehicle (UAV) whose main power source is composed of solar cells, and which is capable of carrying an instrument-type payload on board. In addition, it is proposed to make use of all the computer tools worked on throughout the different subjects of the degree. The first step is to evaluate the state of the art of solar aircraft and based on the F5J glider competitions, draw a first conceptual idea of what the aircraft to be designed will be. The different alternative technologies are also described, and the commercial viability of the product is assessed. From this initial design, small modifications are made that improve the performance of the aircraft, from both an aerodynamic and structural point of view. Next, the electronic components to be incorporated are discussed and, after designing the geometry of the fuselage around them, the final shape of the UAV is obtained. Once the design stage is completed, the aircraft's flight behavior is simulated (using computational fluid mechanics software), and the manufacturing process begins. Unfortunately, and due to time and budget constraints, it is not possible to complete the manufacture of the prototype, as only one of the wing sections is created. In this way, and despite not being able to capture the complete manufacturing process, an accurate description of the steps that should be followed if the UAV is to be recreated is provided. Finally, the possible real applications of the system are assessed and the different conclusions obtained throughout the work are drawn.